早侏羅世大洋缺氧事件在塔里木盆地的響應

邱若原 方琳浩 盧遠征 鄧勝徽 張新智 呂沛宗 任嘉豪 黃汝婷 房亞男 張小宇 李宏佳 鮮本忠 師生寶

摘 要 早侏羅世Toarcian期大洋缺氧事件（簡稱“T-OAE”），被認為與Karoo-Ferrar大火成巖省爆發以及與甲烷氣水合物有關的溫室氣體迅速釋放導致全球變暖密切相關。該事件在特提斯洋區有較詳細研究，但在陸相生態系統中的環境變化和沉積響應報道較少。本文報道了塔里木盆地北緣庫車河地區的有機碳同位素地層數據，“東剖面”和“西剖面”中δ13C曲線總體的正偏移趨勢被多幕次地快速負偏移打斷，表明地表碳循環受到了巨大擾動。事件層內δ13C值的突然負向波動暗示了大氣碳庫在短時間內有相對輕同位素特征的碳注入，并呈現不穩定的、階段性注入的特點，推測可能與增溫引發的正反饋有關。沉積相突變與孢粉種類的衰減表明該區沉積環境發生了巨大變化；碎屑白云巖和紫紅色泥巖的出現和濕生孢粉的衰減以及中生孢粉的出現，均表明在T-OAE期間塔里木盆地北緣氣候轉為干熱。該研究報道了首個來自陸相沉積盆地邊緣的T-OAE記錄，對于深入理解二氧化碳濃度顯著升高背景下引起的陸地系統響應具有借鑒意義。

關鍵詞 早侏羅世；塔里木盆地；大洋缺氧；碳同位素負偏；氣候變化

第一作者簡介 邱若原，男，1998年出生，碩士研究生，行星表面環境，E-mail： qry614@163.com

通信作者 方琳浩，男，副教授，E-mail： linhao.fang@cup.edu.cn

中圖分類號 P532 文獻標志碼 A

0 引言

近一百年以來，由于人類持續地開發開采和使用化石燃料，導致大氣中CO2的濃度不斷地增加，造成了越來越嚴重的溫室效應，引起國際社會的廣泛關注。以在地質歷史上曾經發生過的增溫事件為研究對象，對預測由變暖效應帶來的一系列影響有重要借鑒意義；地質深時時期的記錄為全尺度洞察在溫室氣候狀態下地球系統如何運行提供了一個天然的實驗室[1]。早侏羅世Toarcian 期大洋缺氧事件（Toarcian Oceanic Anoxic Event，T-OAE）是中生代的一次重要環境演變事件，是顯生宙以來最大的兩次全球極熱事件之一（另一次是古新世和始新世之交的極熱事件），其以黑色頁巖中大幅度的碳同位素負向偏移（Negative Carbon Isotope Excursion，NCIE）為最顯著的特征。Karoo-Ferrar大火成巖省被認為是主要的誘發因素，隨后在甲烷水合物釋放、巖漿侵入富有機質煤層、冰凍圈融化、濕地野火等其他因素共同作用下進一步引起了多幕次的碳同位素負偏[2]。T-OAE歷時不到一百萬年，但對氣候、環境和生態系統造成了巨大的影響，如全球氣溫迅速上升[3]、海洋酸化[4]、海洋生物集群滅絕[5?7]、陸地氣候帶變化[8?9]以及海水缺氧與表層富營養化[10?12]等。

目前，關于T-OAE仍有很多關鍵問題需要解答，例如，大量溫室氣體的來源和釋放的機制是什么？大量的碳源進入大氣—海洋系統如何被沉降固定下來？陸地的氣候干熱還是濕熱變化？陸地生態系統在迅速升溫的背景下如何響應等問題。因此，開展陸相T-OAE研究，對于解決這些關鍵科學問題具有重要意義。迄今為止，T-OAE的研究主要針對海相地層，目前報道的陸相盆地記錄有三個，分別是中國四川盆地[13]、中國鄂爾多斯盆地[14]、中國東北的金羊盆地[15]。而露頭剖面僅有鄂爾多斯盆地，四川盆地和東北的金羊盆地都是巖心記錄。在侏羅紀中國主要板塊與西伯利亞板塊共同構成歐亞大陸的主體（圖1a），陸相沉積廣泛發育[8]，對于開展陸相T-OAE研究具有得天獨厚的條件。本研究選取塔里木盆地北緣的庫車河剖面為對象，綜合前人在該區生物地層工作成果，通過系統地測試分析樣品的有機碳同位素，厘定T-OAE在塔里木盆地中準確層位，報道其在陸相盆地中的響應特征，并進一步嘗試探索T-OAE成因。

1 地質概況

塔里木盆地位于新疆維吾爾自治區南部，是我國最大的內陸含油氣盆地，面積達56萬平方千米。盆地北至天山南麓，南至西昆侖山和阿爾金山北麓，總體呈東西向展布的菱形，海拔高度為800～1 300 m，地勢西高東低。塔里木盆地內沉積巖厚度超過16 000 m，顯示為兩套沉積環境，震旦系—下二疊統的沉積環境為海相—海陸過渡相，上二疊統—第四系的沉積環境為陸相。塔里木盆地共發育五個坳陷構造單元[17]。本文主要研究的庫車河剖面屬于盆地北部的庫車坳陷構造單元，下侏羅統陽霞組頂部至中侏羅統克孜勒努爾組中部的地層連續出露（圖1b）。

庫車前陸盆地位于塔里木盆地北緣，是一個中、新生代的盆地。庫車前陸盆地在侏羅紀處于盆地的坳陷階段，沉積連續，自下而上依次為阿合組、陽霞組、克孜勒努爾組、恰克馬克組、齊古組、喀拉扎組。阿合組為一套灰白色砂巖、礫巖，陽霞組巖性總體以灰綠色砂巖、灰黑色粉砂質泥巖為主，頂部為一套約50 m厚的灰黑色碳質泥巖，克孜勒努爾組為砂巖、粉砂巖、泥頁巖夾煤層。本次研究選取庫車河地區東邊和西邊兩個剖面（圖1c），分別命名為“東剖面”和“西剖面”。“東剖面”位于庫車河東側約10 km，是一個近年來停止開采的煤場，剖面新鮮，但地層出露不夠連續，需在煤場內沿地層走向約300 m范圍內根據標志層拼接。“西剖面”位于庫車河西側，巖層呈單斜狀連續產出，無明顯沉積間斷，兩剖面相距約15 km，剖面位置以及庫車河地區地層出露如圖1c所示。

前人曾在阿合組—克孜勒努爾組下部發現了疑源類化石庫車孢型體Kuqaia，確定其時代為早侏羅世—中侏羅世[18]。庫車河剖面包含兩個植物組合，下部陽霞組發育Cyathidites?Cibotiumspora?Disacciatrileti組合，克孜勒努爾組發育Cyathidites?Neoraistrickia?Disacciatrileti 組合，前者大部分為早侏羅世常見分子，而后者中Cyathidites 和Neoraistrickia 的高含量是中侏羅世孢粉組合的主要特征，這顯示克孜勒努爾組地層時代已跨入中侏羅世[19]。前人研究發現[17?20]，孢粉組合在陽霞組和克孜勒努爾組之間變化明顯，陽霞組頂部耐干喜熱孢粉組合Classopollis 數量增多[21]，而且克孜勒努爾組下段153層中出現了碎屑白云巖和紫紅色泥巖組合，而在克孜勒努爾組153層的碎屑白云巖之上，孢粉組合同樣也發生了明顯變化，熱帶—亞熱帶濕生孢粉種類減少，而溫帶濕生—中生孢粉Osmundacidites 和Pseudoreticulatus 出現，均暗示在陽霞組頂部—克孜勒努爾組對應沉積時期可能存在較大的氣候轉變事件。

在巖性地層方面，陽霞組巖性總體以灰綠色砂巖、灰黑色粉砂質泥巖為主，頂部為一套灰黑色碳質泥巖；克孜勒努爾組下段146～152層為砂巖、粉砂巖和泥頁巖夾煤層，153層出現碎屑白云巖和紫紅色泥巖，154～157層出現由現代煤層自燃而烘烤形成的桔紅色細砂巖。

因此，綜合生物地層和巖性地層資料，陽霞組頂部—克孜勒努爾組下部是可能對應于早侏羅世晚期—中侏羅世早期，因此將研究層位錨定在陽霞組頂部以上克孜勒努爾組145～157層之間（層號據王招明等[17]）。

2 材料與方法

研究樣品取自庫車河地區，以陽霞組頂為起點，采樣間隔根據巖性確定，其中泥巖的采樣間隔為20 cm、砂巖為30～40 cm、礫巖為40～60 cm、煤線層位10 cm，“西剖面”采樣38塊，“東剖面”采樣35塊，共采樣73塊。實驗室前處理中，將所有樣品用去離子水浸泡沖洗，并反復用超聲波清洗除去表面雜質，烘干后磨碎至200 目。然后加入3 mol/L 的鹽酸在60 ℃水浴中加熱脫硫并除去可能含有碳酸根的無機物；最后用去離子水漂洗至中性，在低溫烘箱中烘干48～72 h，待測。

碳同位素測試儀器為Thermo Scientific（熱電）FLASH HT EA?MAT 253 IRMS，碳同位素分析為連續流檢測，是將Flash HT元素分析儀與MAT 253同位素質譜儀結合起來分析樣品。FLASH HT EA中氧化管填料為線狀還原銅、氧化鉻、含銀氧化鈷；反應溫度為980 ℃；載氣為He（99.999％），載氣流量為100mL/min，輔助氣為250 mL/min；助燃為純氧（99.995%），流量為250 mL/min；色譜柱爐溫為恒溫50 ℃。MAT 253質譜采用EI源，電離電壓為70 eV。以SY/T 5238—2019《有機物和碳酸鹽巖碳、氧同位素分析方法》為執行標準，所用標準物質為IAEA-600 Caffeine，USGS24 Graphite。測試中每10個樣品中加入一個平行樣從而排除儀器造成的誤差，最終得到的有機碳同位素（δ13C）的分析結果采用PDB標準，平行樣偏差在0.5% 以內。總有機碳（TotalOrganic Carbon，TOC）采用LECO CS230碳硫分析儀進行分析，將處理好的樣品稱取0.1 g，放入坩堝中，同時加入鎢、鐵助燃劑，上機測試。所有樣品前處理與測試工作均在中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室完成。

3 結果

3.1 “西剖面”的TOC 與碳同位素數據

從整體來看，“西剖面”的TOC值介于0～4.5%，平均值0.47%，表現為剖面下段高、上段低的特點。TOC含量出現了5個較為顯著的峰值，達背景值的10 倍以上，其中4 個峰值出現在剖面下段的144～152層中，另一個峰值位于153層中，其特點是均表現為脈沖狀，僅由一個窄峰組成，且這4次峰值均出現在0～50 m的地層中。TOC第一個峰值出現在145層的黑色泥頁巖中，第二個峰值對應著δ13C 值在146～152層（約10 m處）中的最負值，其余3個峰值均出現在δ13C 值正偏階段。在153 層以上的地層中，TOC迅速降低，尤其在剖面頂部被區域上的煤層自燃烘烤的、呈桔紅色的砂巖中，TOC呈平緩低值，在0.3%附近波動，且與δ13C值無明顯對應關系。整個剖面TOC僅在144～152層中出現了短暫的高峰值，除此之外的其他層位TOC 值也基本位于較低水平。

在“西剖面”146～157層中，δ13C值表現為一次小幅度的緩慢負偏和三次脈沖狀的顯著負偏，分別位于146～152層（約10 m處）、153層中部（約60 m處）、153層頂部（約75 m處）以及154～157層（約90 m處）中。146～152 層中，δ13C 值在-22‰ 附近波動，且在剖面下部約6 m處的泥巖中出現了一次小幅度的緩慢負偏移，δ13C逐漸負偏至-24‰，隨后緩慢正偏，在約22 m 處達到-21‰。在153 層中，δ13C 波動較明顯，但整體上呈逐漸正偏的趨勢，但在約60 m處的泥巖中，δ13C值出現了極其短暫的負偏峰值，記錄了第一次脈沖狀的負偏移（幅度達約3‰），隨后繼續正偏移至約65 m處結束。在153層頂部，紫紅色泥巖和碎屑白云巖出現，同時δ13C值由-21.7‰迅速負偏至-26.7‰（幅度達約5‰），第二次脈沖狀負偏在泥巖中出現。進入到154～157層中，δ13C值迅速恢復至整個剖面的最正值-20.9‰，又再次迅速負偏至-28.4‰，第三次脈沖狀負偏基于剖面δ13C 基值（-21‰）負偏了-7.4‰，而且此次負偏出現在154～157層約10 m厚的桔紅色細砂巖中，此后δ13C值緩慢正偏，在約100 m處恢復到-22‰。整體來看，碳同位素曲線經歷了負偏、正偏、脈沖狀負偏三個階段，而且δ13C值在剖面下端的小幅度負偏與最大幅度負偏均出現在巖性正旋回之后。此外，從144層到153層，濕生孢粉種類不斷減少，到153層頂部，碎屑白云巖和紫紅色泥巖、溫帶中生孢粉以及δ13C值大幅度負偏近同步出現。

3.2 “東剖面”TOC 與碳同位素數據

整體來看，位于煤場內的“東剖面”TOC比“西剖面”含量高呈現出多個峰值，含量約為背景值的5倍，均呈現出脈沖狀的特征，且僅由一個窄峰組成，整體TOC介于0.1%～17.1%，高值均出現在碳質泥巖中，其平均值為3.38%。在146～152層中，TOC先增加再減少，與δ13C值先負偏再正偏趨勢相對應，同時TOC在15.4 m處出現了一次峰值，約為9.8%，也對應了δ13C值153層中的負偏極值。在153層中，TOC值出現了3個高而窄的峰值，整個剖面最高的TOC值出現在此處，為17.1%，對應于δ13C值正偏階段。在154～157層中，TOC分別在約70 m和約74 m處出現了2個峰值，分別對應了碳同位素的兩個較負值。整個剖面TOC呈現出多個峰值的特點，TOC含量相比于“西剖面”較高。

在“東剖面”整體約94 m的地層中，δ13C值和“西剖面”表現出非常相似的特征：為一次小幅度負偏移和三次脈沖狀負偏移，分別位于146～153層中部（約15 m處）、154～157層（約67 m處、約70 m處、約74 m處）中。在146～152層中，δ13C值有一次小幅度負偏，在約15 m處的碳質泥巖中達到了-24.4‰，基于剖面δ13C基值（-22‰）負偏了約2.4‰，隨后，在約30 m處達到較正值-21‰。在153層中，δ13C值整體表現為正偏移，從較負值-23.5‰緩慢增至-22‰，在約60 m處結束正偏移。在154～157層中，δ13C值大幅波動，曲線表現為三次脈沖狀的負偏移。在砂巖段中，δ13C值先從-21.9‰降低至-22.8‰，隨后迅速恢復至整個剖面正偏極值為-21‰；之后在泥巖段中負偏至-24.4‰，再次迅速恢復至-21.7‰，最終在約74 m處的碳質泥巖段中達到最負值-26.5‰。基于剖面δ13C基值（-22‰）負偏了約4.5‰，與紫紅色約20 cm厚的鐵質層同時出現。隨后，δ13C值逐漸增加，在約93 m處恢復到-22.1‰。從整體來看，“東剖面”碳同位素曲線也經歷了小幅度負偏、正偏、脈沖狀負偏三個階段，且小幅度負偏與最大幅度負偏均出現在巖性正旋回之后，與“西剖面”的特征相似，而且在NCIE事件層中碳同位素負值和TOC高峰值有較好的對應關系。

3.3 孢粉組合的變化

根據前人在庫車河地區的研究資料[17]，統計了陽霞組頂部—克孜勒努爾組下部的孢粉種類變化趨勢，其結果顯示孢粉種類從145層頂到157層頂呈衰減的趨勢。在145層和146層界限處，熱帶—亞熱帶濕生孢粉減少了4 種（Comcentrispotiresfindlaterensis，C.mesozoicus 等），溫帶濕生孢粉減少了3種（Piceaepollenites complanatiformis，P.exloodes 等），此后至157 層再無出現，同時Peripollenites spp.，Podocarpidites multicinus 等熱帶—亞熱帶濕生孢粉首次出現，在此層位δ13C值表現出小幅度負偏趨勢（圖2a，“西剖面”約6 m處）。在152～153層界限處，熱帶—亞熱帶濕生孢粉減少了6 種（Peripollenitesspp.，Podocarpidites multicinus 等）熱帶—亞熱帶濕生孢粉消失，此后再無出現，而溫帶濕生孢粉Pseudopinus sp. 首次出現，對應地層中δ13C 值正偏階段（圖2a，“西剖面”約35 m處）。在153～154層界限處，熱帶— 亞熱帶濕生孢粉減少了3 種（Deltoidospora spp. 等）以及溫帶濕生孢粉Pseudopinus sp.和Deltoidospora spp.等熱帶—亞熱帶濕生孢粉消失，同時溫帶中生孢粉Pseudoreticulatussp. 和Osmundacidites wellmanii 首次出現，恰好與δ13C值波動強烈層位，脈沖狀負偏移同期發生（圖2a，“西剖面”約70 m 處）。總體上，孢粉種類表現出明顯的衰減趨勢，其中濕生孢粉種類衰減更加明顯，由145～152 層的16 種衰減到154 層的3 種，且孢粉種類減少的趨勢在NCIE 事件層之前就已開始。

4 討論

4.1 塔里木盆地庫車河剖面與其他國際典型T?OAE 剖面的對比

早侏羅世晚期Toarcian期大洋缺氧事件中，碳同位素偏移幅度大、范圍廣，其δ13C值負偏移超過6‰的被認為是診斷性特征[2]。碳同位素數據顯示，塔里木盆地庫車河地區克孜勒努爾組146～157層中記錄了一次顯著的NCIE事件，“東剖面”記錄了約4.5‰幅度的NCIE，而“西剖面”中記錄了約7‰ 幅度的NCIE。“東剖面”的NCIE幅度小于“西剖面”的記錄，可能是因為位于煤場內的、通過標志層拼接起來的“東剖面”連續性不夠，地層記錄中缺失了更大的碳同位素負向偏移極值。總體上，“東剖面”和“西剖面”都一致地記錄了顯著的NCIE，結合生物地層和巖性地層的約束，推測此層位中記錄的NCIE事件對應于早Toarcian期大洋缺氧事件。

將庫車河地區“東剖面”和“西剖面”與四川盆地[13]、鄂爾多斯盆地[14]、以及英國Mochras 鉆孔數據[22]5個T-OAE剖面的記錄對比（圖3）。5個記錄之間也存在明顯的差異：δ13C值負偏幅度差異、TOC含量的差異以及δ13C 值和TOC 值對應模式的差異。

塔里木盆地“西剖面”記錄了約7‰的NCIE，東剖面記錄了約4.5‰的NCIE，四川盆地是最早開始陸相T-OAE研究的盆地，記錄了約4.2‰幅度的NCIE負偏極值。鄂爾多斯盆地是目前除塔里木盆地外另一個露頭剖面的T-OAE記錄，其記錄了約12.5‰的NCIE，遠大于目前已知的所有T-OAE記錄的NCIE。

造成碳同位素偏移幅度差異的原因尚不完全清楚，可能是由于溫度、濕度引起的碳同位素分餾差異[14]或者藻類、微生物來源的有機碳的混源所導致的[23]。

在Toarcian期的地層中，黑色頁巖層均以高TOC值為標志， Mochras鉆孔的TOC平均值在2%以上，四川盆地和鄂爾多斯盆地的T-OAE/NCIE事件層位TOC平均值約為1.5%和2%。在庫車河“西剖面”中，NCIE事件層TOC含量極低，平均值小于0.5%，而“東剖面”的記錄顯示，其局部TOC可高達16%。此外，另一個顯著的特征是，T-OAE剖面記錄中TOC高值與NCIE 事件層碳同位素有很好的對應，且呈現出“鏡像關系”。鄂爾多斯盆地安崖（Anya）剖面NCIE事件層的黑色頁巖層段較高的TOC值與碳同位素相對應，但高值大多出現在主NCIE之前，四川盆地以及英國的Mochras鉆孔在NCIE事件層中的TOC和碳同位素則顯示出很好的鏡像對應關系（圖3）。在庫車河“東剖面”此鏡像關系的特征十分明顯，但“西剖面”無此特征，推測是因為“西剖面”煤層自燃烘烤的結果，導致在記錄NCIE的桔紅色細砂巖層中TOC值由于地層被烘烤顯著降低（圖2）。

在T-OAE時期加速的水循環和陸地風化，為陸相湖盆提供了養分[13?14]，鄂爾多斯盆地和四川盆地深湖相沉積中記錄的NCIE事件層，對應的高TOC的黑色頁巖指示湖相初級生產力的顯著提高。庫車河地區和鄂爾多斯盆地報道的碳同位素數據中，剖面δ13C值均記錄了兩個明顯的NCIE，其小幅度的NCIE位于剖面下段對應于Pliensbachian-Toarcian界線（圖3），這也在英國的Mochras鉆孔數據中得到了驗證[22，24]。

此外，庫車河“東剖面”中NCIE事件層碳同位素與TOC高值的對應模式，這種模式與國際典型T-OAE剖面十分吻合，綜上所述，基于生物地層資料約束，我們認為本研究報道的庫車河地區幅度高達7‰的NCIE事件層位可推定為早侏羅世Toarcian期大洋缺氧事件發生的等時層位。

4.2 塔里木盆地T?OAE 期間的植被和氣候

孢粉種類的第一個主要轉變位于剖面下部碳同位素小幅度負偏出現的位置，即Pliensbachian-Toarcian界線處，適應廣泛生存環境的裸子植物和適應濕熱環境的蕨類植物逐漸減少；第二個轉變位于NCIE事件層，孢子花粉的豐度和多樣性顯著下降，這意味著陸地植被大量損失和植物群落衰退。植被的衰減與氣候的變化有密切關系，值得注意的是，孢粉種類的衰減在NCIE 事件層之前就已開始，到NCIE 事件層中濕熱孢粉種類所剩無幾，這暗示在NCIE事件層出現之前塔里木盆地氣候就已經開始發生變化，推測在Pliensbachian-Toarcian界線處的變化可能與Karoo-Ferrar大火成巖省的第一次火山活動有關[22，25]。在NCIE事件層的變化可能與大量輕碳氣體的釋放有關，在迅速增溫的背景下，植被種群因不適應氣候的快速變化而表現出衰減的特征。大火成巖省活動引起了一系列的環境連鎖反應[26?27]，直接或者間接的改變了植物的生存環境，從而引起了植物種類的轉變。由于海洋的熱緩沖能力高于大氣，陸地生態系統對大氣變化的反應比海洋生態系統可能更為迅速，因此由火山活動引起的全球變暖對陸地生態系統的影響也更為顯著，表明在全球變暖的背景下，陸地生態系統很可能受到較海洋系統更強烈的擾動。

根據極熱事件下海洋—大氣模式[28]和大陸性天氣的證據[22，26，29?30]表明，在T-OAE期間，由于溫室效應，全球每年的降水量將增加9 cm[28]，而且大陸風化速率是T-OAE之前的3倍[30]，這均表明T-OAE期間地球變得更加溫暖濕潤[31]。由升溫導致的海平面上漲，可能使四川盆地暫時與南面的特提斯洋相連[13]，雖然鄂爾多斯盆地遠離海洋，其盆地的迅速擴張意味著大面積降雨的增加，表明受到了水汽的影響。在全球不同古地理和古緯度的剖面中廣泛報道了T-OAE期間水循環加劇的現象——NCIE事件層與較粗顆粒沉積物同時出現，全球粗顆粒沉積物明顯同步供應表明其可能受全球性的氣候控制而不是局部構造控制[22]。

塔里木盆地庫車河剖面的記錄支持氣候主控觀點，但表現出了相反的特征。碎屑白云巖和紫紅色泥巖的出現指示了地表徑流減少，推測為湖盆因氣候炎熱而收縮的沉積環境，而非水文循環加劇導致湖泊擴張。此外，孢粉資料顯示，熱帶—亞熱帶濕生孢粉種類的減少，溫帶中生孢粉的新增，表明塔里木盆地的氣候類型發生了顯著變化。鄧勝徽等[8]在我國Toarcian事件沉積的陸相地層中，發現最明顯沉積特征就是聚煤作用的減弱或者中斷，這也表明氣候類型發生了轉變。綜上所述，在Toarcian期的塔里木盆地北緣記錄了干熱的氣候特征——這與其他盆地顯著不同。筆者推測由于塔里木盆位于歐亞板塊內陸，在全球顯著增溫的背景下水汽無法到達該盆地，因此產生干熱的氣候。

4.3 T?OAE 期間的碳擾動

孢粉種類的演替與碳循環擾動的同期，發生了環境和生態系統變化，碳源可能來自海底甲烷氣水合物的釋放[2，32]、Karoo-Ferrar大火成巖省的噴發[33?34]、巖漿侵位或噴發造成的熱成因甲烷[35]等。記錄顯示，“西剖面”在6 m的地層內記錄了約7‰的NCIE，“東剖面”在3 m的地層內完成記錄了約4.5‰的NCIE，表明發生過程十分迅速。在如此短的時間內造成該幅度的碳同位素值擾動，目前較合理的推測認為輕同位素特征的碳源（δ13C=-60‰）來自海底甲烷氣水合物失穩釋放[2]。其迅速釋放的觸發機質，推測有兩種可能：一是變暖驅動的，隨著全球變暖，熱量傳輸到洋底，改變溫壓條件達臨界值使甲烷氣水合物失穩而分解釋放[36]；另一種是由某一些特定地質事件導致的，如海底地震、巖漿熱液活動觸發[37]。從目前的數據推斷，尚且無法確定是哪種機制。同時，此過程是否也疊合了天文周期旋回對氣候的影響因素，需要未來進一步工作驗證[24]。

值得注意的是，“西剖面”NCIE事件層中，δ13C值在脈沖狀負偏之后，迅速恢復至整個剖面的正偏極值（圖2a，“西剖面”約84 m 處；圖2b，“東剖面”約70 m處），隨后再次迅速負偏出現δ13C負偏極值，“東剖面”也出現了相似的特征（圖2）。陸地有機質的碳同位素記錄是大氣中二氧化碳的碳同位素的信息載體[38]，NCIE事件層中δ13C值的迅速波動表明了大氣碳庫在短時間內的擾動，迅速負偏暗示了輕同位素特征的碳源注入大氣；反之，表明重同位素特征的碳源注入或者生產力短時期內快速地增加。δ13C值迅速正偏的重碳氣體可能來源于Karoo-Ferrar大火成巖省活動釋放的幔源CO2。此外，如果假設輕同位素碳源是甲烷氣水化合物，因為甲烷的溫室效應是二氧化碳的24.5倍，那么將伴隨一個快速地增溫正反饋過程。綜上，Karoo-Ferrar大火成巖省的噴發可能是T-OAE 的導火索，其造成了Pliensbachian-Toarcian界線處出現小幅度的碳擾動，短暫負偏之后又恢復正偏，而大火成巖省的噴發使地表圈層進入相對變熱和內陸變干的時期[39]，塔里木盆地的干熱氣候導致研究區孢粉種類出現衰減，盆地的湖平面下降，盆地邊緣的沉積相發生改變。全球升溫使甲烷氣水化合物失穩而分解釋放，進一步加劇變暖，在正反饋機制作用下，更多淺海大陸架的甲烷氣水化合物幕次地分解釋放，同時伴隨著巖漿侵入有機質煤層，冰凍圈融化，植被野火等碳源的釋放，從而引起脈沖式的碳同位素負偏移。T-OAE期間氣候變化的觸發模式與如今的變暖有相似性，因此，在應對未來地球氣候變化挑戰中，由增溫引發的一系列過程值得予以關注。

5 結論

（1） 在新疆塔里木盆地庫車河地區“東剖面”和“西剖面”同時發現了顯著的NCIE事件，推測本研究中庫車河地區記錄的NCIE 事件層與早侏羅世Toarcian期大洋缺氧事件層等時對應，位于克孜勒努爾組154～157層中。

（2） 陸相有機碳δ13C值記錄T-OAE時期大氣碳庫在短時間內受到擾動，輕同位素特征的碳源以幕次特征的方式注入大氣，使得碳同位素地層曲線呈現脈沖狀的特點，其注入機制可能受到增溫的正反饋作用影響。

（3） 研究區獨特的古地理位置提供了獨一無二的T-OAE 期間陸相湖盆邊緣對氣候變化的響應記錄。熱帶—亞熱帶濕生孢粉的衰減和碎屑白云巖及紫紅色泥巖的出現均指示塔里木盆地在T-OAE期間由濕熱氣候轉變為干熱氣候。推測Karoo-Ferrar大火成巖省活動可能為T-OAE事件的導火索，是早侏羅世環境變化的重要觸發因素。

致謝 衷心感謝中國石油大學（北京） 油氣資源與探測國家重點實驗室朱雷、張劍鋒和李天天對本研究中樣品測試的協助與支持。

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